¿Cuál es el destino final de un cúmulo de galaxias?

Somos bastante conscientes de que los cúmulos de galaxias se separan debido a la expansión espacial, lo que eventualmente los expulsará del horizonte de eventos cósmicos de cada uno, dejándolos separados, solos, cada uno un "cuerpo" dentro de su universo local observable sin medios para comunicarse o influir en otros grupos.

Los grupos en sí se mantienen unidos por la unión gravitacional que evita que se separen internamente por la expansión del espacio, al menos suponiendo que la densidad de la energía oscura no aumente drásticamente con el tiempo.

¿Qué pasará con el clúster? Al principio supuse que sus agujeros negros tragarían toda su materia disponible y se conectarían en un solo agujero negro solitario. Pero entonces, ni los agujeros negros son finalmente eternos, debido a la Radiación Hawking, ni se tragan todas las estrellas, supuestamente la mayoría de las estrellas escapan bien de su gravedad.

Bueno, entonces, ¿qué teorías actuales dicen que un cúmulo local de galaxias se transformará en t → ∞?

Como señalas, en un universo acelerado, las estructuras a gran escala se volverán cada vez más aisladas. Entonces, en cierto punto, tendrás supercúmulos gravitacionalmente unidos separados por huecos muy grandes y estructuras cada vez menos filamentosas.

Una vez aislados, podemos estudiar la dinámica de estos supercúmulos independientes. En escalas de tiempo muy grandes, las galaxias colisionarán y se fusionarán. Después de las colisiones, tenderás a formar galaxias elípticas. Así que creo que terminarás con una gran galaxia elíptica.

Entonces podemos estar interesados ​​en el futuro de las estrellas de estas galaxias. Primero, actualmente vemos que la tasa de formación estelar ya alcanzó su punto máximo hace unos mil millones de años. Entonces, a medida que el número de colisiones de galaxias que generalmente apunta a la formación de estrellas, la tasa de formación de estrellas continuará disminuyendo lentamente. Además, a medida que los elementos pesados ​​(todos los elementos, excepto el hidrógeno y el helio) se forman en las estrellas, la generación futura de estrellas tendrá más y más elementos pesados. Desde el punto de vista nuclear, el elemento más estable es el hierro, por lo que en escalas de tiempo muy grandes los elementos ligeros se convertirán en hierro, mientras que los elementos pesados ​​se descompondrán en hierro.

$10^{30}$

$t\rightarrow\infty$

Nota: este es un escenario hipotético y hay muchas incógnitas

Esto depende de dónde esté el clúster. Las características a gran escala del universo (tanto observadas como simuladas) consisten en filamentos y huecos. A continuación se muestra un mapa producido por el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) que muestra estas características.

Cada punto aquí es una galaxia individual.

Las simulaciones muestran notablemente lo mismo. Aquí hay un video de la Simulación del Milenio$t \rightarrow \infty$

Las galaxias podrían separarse o colisionar entre sí. Esto proviene de las dos teorías posibles: The Big Crunch y The Big freeze. Pero es cierto si solo consideramos las dos galaxias de interés.

Los vacíos y los agujeros negros no deben ignorarse, ya que su presencia debe escalar o demoler cualquiera de las fuerzas existentes. Estos dos son igualmente responsables del destino de las galaxias.

EDITAR: The Big Crunch y The Big Freeze son dos posibilidades teóricas que plantean un futuro para nuestro universo. Cada una de las teorías concluye el final, donde el universo comienza a reducirse como se había expandido una vez y, por lo tanto, termina en una singularidad tal como comenzó una vez, o el universo sigue expandiéndose implacablemente haciéndolo cada vez más frío. Los vacíos y los agujeros negros no deben relacionarse directamente con los destinos anteriores, sino que serán el resultado final de ellos.